Tipos de redes

 

INTRODUCCIÓN

  Este trabajo es una guía básica acerca de los conceptos fundamentales de las redes computacionales; Así como a su vez, es un ayuda para aquellas personas que desean reforzar sus conocimientos acerca de este tema.

QUE ES RED?

 Existen varias definiciones acerca de que es una red, algunas de las cuales son:

• Conjunto de operaciones centralizadas o distribuidas, con el fin de compartir recursos "hardware y software".
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• Sistema de transmisión de datos que permite el intercambio de información entre ordenadores.
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• Conjunto de nodos "computador" conectados entre sí.   

TIPOS DE REDES

 Existen varios tipos de redes,  los cuales se clasifican de acuerdo a su tamaño y distribución lógica.
 Clasificación segun su tamaño
 Las redes PAN (red de administración personal) son redes pequeñas, las cuales están conformadas por no más de 8 equipos, por ejemplo: café Internet.
 CAN: Campus Area Network, Red de Area Campus. Una CAN es una colección de LANs dispersadas geográficamente dentro de un campus (universitario, oficinas de gobierno, maquilas o industrias) pertenecientes a una misma entidad en una área delimitada en kilometros. Una CAN utiliza comúnmente tecnologías tales como FDDI y Gigabit Ethernet para conectividad a través de medios de comunicación tales como fibra óptica y espectro disperso.
 Las redes LAN (Local Area Network, redes de área local) son las redes que todos conocemos, es decir, aquellas que se utilizan en nuestra empresa. Son redes pequeñas, entendiendo como pequeñas las redes de una oficina, de un edificio. Debido a sus limitadas dimensiones, son redes muy rápidas en las cuales cada estación se puede comunicar con el resto. Están restringidas en tamaño, lo cual significa que el tiempo de transmisión, en el peor de los casos, se conoce. Además, simplifica la administración de la red.
Suelen emplear tecnología de difusión mediante un cable sencillo (coaxial o UTP) al que están conectadas todas las máquinas. Operan a velocidades entre 10 y 100 Mbps.
 Características preponderantes:

• Los canales son propios de los usuarios o empresas.
• Los enlaces son líneas de alta velocidad.
• Las estaciones están cercas entre sí.
• Incrementan la eficiencia y productividad de los trabajos de oficinas al poder compartir información.
• Las tasas de error son menores que en las redes WAN.
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• La arquitectura permite compartir recursos.
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 LANs mucha veces usa una tecnología de transmisión, dada por un simple cable, donde todas las computadoras están conectadas. Existen varias topologías posibles en la comunicación sobre LANs, las cuales se verán mas adelante.
 Las redes WAN (Wide Area Network, redes de área extensa) son redes punto a punto que interconectan países y continentes. Al tener que recorrer una gran distancia sus velocidades son menores que en las LAN aunque son capaces de transportar una mayor cantidad de datos. El alcance es una gran área geográfica, como por ejemplo: una ciudad o un continente. Está formada por una vasta cantidad de computadoras interconectadas (llamadas hosts), por medio de subredes de comunicación o subredes pequeñas, con el fin de ejecutar aplicaciones, programas, etc.
 Una red de área extensa WAN es un sistema de interconexión de equipos informáticos geográficamente dispersos, incluso en continentes distintos. Las líneas utilizadas para realizar esta interconexión suelen ser parte de las redes públicas de transmisión de datos.
Las redes LAN comúnmente, se conectan a redes WAN, con el objetivo de tener acceso a mejores servicios, como por ejemplo a Internet. Las redes WAN son mucho más complejas, porque deben enrutar correctamente toda la información proveniente de las redes conectadas a ésta.
 Una subred está formada por dos componentes:
 Líneas de transmisión: quienes son las encargadas de llevar los bits entre los hosts.
Elementos interruptores (routers): son computadoras especializadas usadas por dos o más líneas de transmisión. Para que un paquete llegue de un router a otro, generalmente debe pasar por routers intermedios, cada uno de estos lo recibe por una línea de entrada, lo almacena y cuando una línea de salida está libre, lo retransmite.
 INTERNET WORKS: Es una colección de redes interconectadas, cada una de ellas puede estar desallorrada sobre diferentes software y hardware. Una forma típica de Internet Works es un grupo de redes LANs conectadas con WANs. Si una subred le sumamos los host obtenemos una red.
El conjunto de redes mundiales es lo que conocemos como Internet.
 Las redes MAN (Metropolitan Area Network, redes de área metropolitana) , comprenden una ubicación geográfica determinada "ciudad, municipio", y su distancia de cobertura es mayor de 4 Kmts. Son redes con dos buses unidireccionales, cada uno de ellos es independiente del otro en cuanto a la transferencia de datos. Es básicamente una gran versión de LAN y usa una tecnología similar. Puede cubrir un grupo de oficinas de una misma corporación o ciudad, esta puede ser pública o privada. El mecanismo para la resolución de conflictos en la transmisión de datos que usan las MANs, es DQDB.
 DQDB consiste en dos buses unidireccionales, en los cuales todas las estaciones están conectadas, cada bus tiene una cabecera y un fin. Cuando una computadora quiere transmitir a otra, si esta está ubicada a la izquierda usa el bus de arriba, caso contrario el de abajo.
 Redes Punto a Punto. En una red punto a punto cada computadora puede actuar como cliente y como servidor. Las redes punto a punto hacen que el compartir datos y periféricos sea fácil para un pequeño grupo de gente. En una ambiente punto a punto, la seguridad es difícil, porque la administración no está centralizada.
 Redes Basadas en servidor. Las redes basadas en servidor son mejores para compartir gran cantidad de recursos y datos. Un administrador supervisa la operación de la red, y vela que la seguridad sea mantenida. Este tipo de red puede tener uno o mas servidores, dependiendo del volumen de tráfico, número de periféricos etc. Por ejemplo, puede haber un servidor de impresión, un servidor de comunicaciones, y un servidor de base de datos, todos en una misma red.
 Clasificación según su distribución lógica
 Todos los ordenadores tienen un lado cliente y otro servidor: una máquina puede ser servidora de un determinado servicio pero cliente de otro servicio.
 Servidor. Máquina que ofrece información o servicios al resto de los puestos de la red. La clase de información o servicios que ofrezca determina el tipo de servidor que es: servidor de impresión, de archivos, de páginas web, de correo, de usuarios, de IRC (charlas en Internet), de base de datos...
 Cliente. Máquina que accede a la información de los servidores o utiliza sus servicios. Ejemplos: Cada vez que estamos viendo una página web (almacenada en un servidor remoto) nos estamos comportando como clientes. También seremos clientes si utilizamos el servicio de impresión de un ordenador remoto en la red (el servidor que tiene la impresora conectada).
 Todas estas redes deben de cumplir con las siguientes características:

• Confiabilidad "transportar datos".
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• Transportabilidad "dispositivos".
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• Gran procesamiento de información.
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 y de acuerdo estas, tienen diferentes usos, dependiendo de la necesidad del usuario, como son:

• Compañías - centralizar datos.
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• Compartir recursos "periféricos, archivos, etc".
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• Confiabilidad "transporte de datos".
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• aumentar la disponibilidad de la información.
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• Comunicación entre personal de las mismas áreas.
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• Ahorro de dinero.
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• Home Banking.
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• Aportes a la investigación "vídeo demanda,line T.V,Game Interactive".   

TOPOLOGIAS

 Bus: esta topología permite que todas las estaciones reciban la información que se transmite, una estación trasmite y todas las restantes escuchan.
 Ventajas: La topologia Bus requiere de menor cantidad de cables para una mayor topologia; otra de las ventajas de esta topologia es que una falla en una estación en particular no incapacitara el resto de la red.
 Desventajas: al existir un solo canal de comunicación entre las estaciones de la red, si falla el canal o una estación, las restantes quedan incomunicadas. Algunos fabricantes resuelven este problema poniendo un bus pararelo alternativo, para casos de fallos o usando algoritmos para aislar las componentes defectuosas.
 Existen dos mecanismos para la resolución de conflictos en la transmisión de datos:
CSMA/CD: son redes con escucha de colisiones. Todas las estaciones son consideradas igual, por ello compiten por el uso del canal, cada vez que una de ellas desea transmitir debe escuchar el canal, si alguien está transmitiendo espera a que termine, caso contrario transmite y se queda escuchando posibles colisiones, en este último espera un intervalo de tiempo y reintenta nuevamente.
 Token Bus: Se usa un token (una trama de datos) que pasa de estación en estación en forma cíclica, es decir forma un anillo lógico. Cuando una estación tiene el token, tiene el derecho exclusivo del bus para transmitir o recibir datos por un tiempo determinado y luego pasa el token a otra estación, previamente designada. Las otras estaciones no pueden transmitir sin el token, sólo pueden escuchar y esperar su turno. Esto soluciona el problema de colisiones que tiene el mecanismo anterior.
 Redes en Estrella
Es otra de las tres principales topologías. La red se une en un único punto, normalmente con control centralizado, como un concentrador de cableado.
 Redes Bus en Estrella
Esta topología se utiliza con el fin de facilitar la administración de la red. En este caso la red es un bus que se cablea físicamente como una estrella por medio de concentradores.
Redes en Estrella Jerárquica
Esta estructura de cableado se utiliza en la mayor parte de las redes locales actuales, por medio de concentradores dispuestos en cascada para formar una red jerárquica.
Redes en Anillo
Es una de las tres principales topologías. Las estaciones están unidas una con otra formando un círculo por medio de un cable común. Las señales circulan en un solo sentido alrededor del círculo, regenerándose en cada nodo.
 Ventajas: los cuellos de botellas son muy pocos frecuentes
Desventajas: al existir un solo canal de comunicación entre las estaciones de la red, si falla el canal o una estación, las restantes quedan incomunicadas. Algunos fabricantes resuelven este problema poniendo un canal alternativo para casos de fallos, si uno de los canales es viable la red está activa, o usando algoritmos para aislar las componentes defectuosas. Es muy compleja su administración, ya que hay que definir una estación para que controle el token.
 Existe un mecanismo para la resolución de conflictos en la transmisión de datos:
 Token Ring: La estación se conecta al anillo por una unidad de interfaz (RIU), cada RIU es responsable de controlar el paso de los datos por ella, así como de regenerar la transmisión y pasarla a la estación siguiente. Si la dirección de cabecera de una determinada transmisión indica que los datos son para una estación en concreto, la unidad de interfaz los copia y pasa la información a la estación de trabajo conectada a la misma.
Se usa en redes de área local con o sin prioridad, el token pasa de estación en estación en forma cíclica, inicialmente en estado desocupado. Cada estación cuando tiene el token (en este momento la estación controla el anillo),  si quiere transmitir cambia su estado a ocupado, agregando los datos atrás y lo pone en la red, caso contrario pasa el token a la estación siguiente. Cuando el token pasa de nuevo por la estación que transmitió, saca los datos, lo pone en desocupado y lo regresa a la red.  

PROTOCOLOS

 Características
 Un protocolo es el conjunto de normas para comunicarse dos o más entidades ( objetos que se intercambian información ) . Los elementos que definen un protocolo son :

• Sintaxis : formato , codificación y niveles de señal de datos .
• Semántica : información de control y gestión de errores .
• Temporización : coordinación entre la velocidad y orden secuencial de las señales .

 Las características más importantes de un protocolo son :

• Directo/indirecto : los enlaces punto a punto son directos pero los enlaces entre dos entidades en diferentes redes son indirectos ya que intervienen elementos intermedios .
• Monolítico/estructurado : monolítico es aquel en que el emisor tiene el control en una sola capa de todo el proceso de transferencia . En protocolos estructurados , hay varias capas que se coordinan y que dividen la tarea de comunicación .
• Simétrico/asimétrico : los simétricos son aquellos en que las dos entidades que se comunican son semejantes en cuanto a poder tanto emisores como consumidores de información . Un protocolo es asimétrico si una de las entidades tiene funciones diferentes de la otra ( por ejemplo en clientes y servidores ) .

 Funciones
 1.   Segmentación y ensamblado :generalmente es necesario dividir los bloques de datos en unidades pequeñas e iguales en tamaño , y este proceso se le llama segmentación . El bloque básico de segmento en una cierta capa de un protocolo se le llama PDU ( Unidad de datos de protocolo ) . La necesidad de la utilización de bloque es por :
La red sólo admite la transmisión de bloques de un cierto tamaño .
El control de errores es más eficiente para bloques pequeños .
Para evitar monopolización de la red para una entidad , se emplean bloques pequeños y así una compartición de la red .
Con bloques pequeños las necesidades de almacenamiento temporal son menores .
Hay ciertas desventajas en la utilización de segmentos :
La información de control necesaria en cada bloque disminuye la eficiencia en la transmisión .
Los receptores pueden necesitar interrupciones para recibir cada bloque , con lo que en bloques pequeños habrá más interrupciones .
Cuantas más PDU , más tiempo de procesamiento .
 2.   Encapsulado : se trata del proceso de adherir información de control al segmento de datos . Esta información de control es el direccionamiento del emisor/receptor , código de detección de errores y control de protocolo .
 3.   Control de conexión : hay bloques de datos sólo de control y otros de datos y control . Cuando se utilizan datagramas , todos los bloques incluyen control y datos ya que cada PDU se trata como independiente . En circuitos virtuales hay bloques de control que son los encargados de establecer la conexión del circuito virtual . Hay protocolos más sencillos y otros más complejos , por lo que los protocolos de los emisores y receptores deben de ser compatibles al menos .Además de la fase de establecimiento de conexión ( en circuitos virtuales ) está la fase de transferencia y la de corte de conexión . Si se utilizan circuitos virtuales habrá que numerar los PDU y llevar un control en el emisor y en el receptor de los números .
 4.   Entrega ordenada : el envío de PDU puede acarrear el problema de que si hay varios caminos posibles , lleguen al receptor PDU desordenados o repetidos , por lo que el receptor debe de tener un mecanismo para reordenar los PDU . Hay sistemas que tienen un mecanismo de numeración con módulo algún número ; esto hace que el módulo sean lo suficientemente alto como para que sea imposible que haya dos segmentos en la red al mismo tiempo y con el mismo número .
 5.   Control de flujo : hay controles de flujo de parada y espera o de ventana deslizante . El control de flujo es necesario en varios protocolos o capas , ya que el problema de saturación del receptor se puede producir en cualquier capa del protocolo .
6.   Control de errores : generalmente se utiliza un temporizador para retransmitir una trama una vez que no se ha recibido confirmación después de expirar el tiempo del temporizador . Cada capa de protocolo debe de tener su propio control de errores .
 7.   Direccionamiento : cada estación o dispositivo intermedio de almacenamiento debe tener una dirección única . A su vez , en cada terminal o sistema final puede haber varios agentes o programas que utilizan la red , por lo que cada uno de ellos tiene asociado un puerto .
Además de estas direcciones globales , cada estación o terminal de una subred debe de tener una dirección de subred ( generalmente en el nivel MAC ) .
Hay ocasiones en las que se usa un identificador de conexión ; esto se hace así cuando dos estaciones establecen un circuito virtual y a esa conexión la numeran  ( con un identificador de conexión conocido por ambas ) . La utilización de este identificador simplifica los mecanismos de envío de datos ya que por ejemplo es más sencillo que el direccionamiento global .
Algunas veces se hace necesario que un emisor emita hacia varias entidades a la vez y para eso se les asigna un direccionamiento similar a todas .
 8.   Multiplexación : es posible multiplexar las conexiones de una capa hacia otra , es decir que de una única conexión de una capa superior , se pueden establecer varias conexiones en una capa inferior ( y al revés ) .
 9.   Servicios de transmisión : los servicios que puede prestar un protocolo son :
Prioridad : hay mensajes ( los de control ) que deben tener prioridad respecto a otros .
Grado de servicio : hay datos que deben de retardarse y otros acelerarse ( vídeo ) .
Seguridad .
 Protocolo CSMA/CD.
Carrier Sense Mutiple Acces with Collision Detection. En este tipo de red cada estación se encuentra conectada bajo un mismo bus de datos, es decir las computadoras se conectan en la misma línea de comunicación (cablado), y por esta transmiten los paquetes de información hacia el servidor y/o los otros nodos. Cada estacion se encuentra monitoriando constantemente la línea de comunicación con el objeto de transmitir o resibir sus mensajes.
 Estándares para redes de la IEEE.
 - IEEE 802.1
Estándar que especifica la relación de los estándares IEEE y su interacción con los modelos OSI de la ISO, así como las cuestiones de interconectividad y administración de redes.
 - IEEE 802.2
Control lógico de enlace (LLC), que ofrece servicios de "conexión lógica" a nivel de capa 2.
 - IEEE 802.3
El comité de la IEEE 802. 3 definió un estándar el cual incluye el formato del paquete de datos para EtherNet, el cableado a usar y el máximo de distancia alcanzable para este tipo de redes. Describe una LAN usando una topologia de bus, con un metodo de acceso al medio llamado CSMA/CD y un cableado coaxial de banda base de 50 ohms capaz de manejar datos a una velocidad de 10 Mbs.
 - IEEE 802.3 10Base5.
El estándar para bus IEEE 802.3 originalmente fue desarrollado para cable coaxial de banda base tipo Thick como muna norma para EtherNet, especificación a la cual se hace referencia como 10Base5 y describe un bus de red de compuesto por un cable coaxial de banda base de tipo thick el cual puede transmitir datos a una velocidad de 10Mbs. sobre un máximo de 500 mts.
 - IEEE 802.3 10Base2.
Este estándar describe un bus de red el cual puede transmitir datosa una velocidad de 10 Mbs sobre un cable coaxial de banda base del tipo Thin en una distancia máxima de 200 mts.
 - IEEE 802.3 STARLAN.
El comité IEEE 802 desarrllo este estándar para una red con protocolo CSMA el cual hace uso de una topología de estrella agrupada en la cual las estrellas se enlazan con otra. También se le conoce con la especificación 10Base5 y describe un red la cual puede transmitir datos a una velocidad de 1 Mbs hasta una distancia de 500 mts. usando un cableado de dos pares trenzados calibres 24.
 - IEEE 802.3 10BaseT.
Este estándar describe un bus lógico 802.3 CSMA/CD sobre un cableado de 4 pares trenzados el cual esta configurado físicamente como una estrella distribuida, capas de transmitir datos a 10 Mbs en un máximo de distancia de 100 mts.
 - IEEE 802.4
Define una red de topología usando el método de acceso al medio de Token Paassing.
 - IEEE 802.5 Token Ring.
Este estándar define una red con topología de anillo la cual usa token (paquete de datos) para transmitir información a otra. En una estación de trabajo la cual envía un mensaje lo sitúa dentro de un token y lo direcciona especificamente a un destino, la estacion destino copia el mensaje y lo envía a un token de regreso a la estación origen la cual remueve el mensaje y pasa el token a la siguiente estación.
 - IEEE 802.6
Red de área metropolitana (MAN), basada en la topologia popuesta por la University of Western Australia, conocida como DQDB (Distribuited Queue Dual Bus) DQDB utiliza un bus dual de fibra óptica como medio de transmisión. Ambos buses son unidireccionales, y en contra-sentido. Con esta tecnologia el ancho de banda es distribuido entre los usuarios , de acuerdo a la demanda que existe, en proceso conocido como "inserción de ranuras temporales". Puesto que puede llevar transmisión de datos síncronicos y asíncronicos, soporta aplicaciones de video, voz y datos. IEEE 802.6 con su DQDB, es la alternativa de la IEEE para ISDN.
 - IEEE 802.12
Se prevé la posibilidad de que el Fast EtherNet, adémdum de 802.3, se convierta en el IEEE 802.12. 

MODELO OSI

 Definición
 Modelo abierto para arquitecturas funcionales de red, periféricos , archivos a compartir , utilidad de red.El sistema de comunicaciones del modelo OSI estructura el proceso en varias capas que interaccionan entre sí . Un capa proporciona servicios a la capa superior siguiente y toma los servicios que le presta la siguiente capa inferior .De esta manera , el problema se divide en subproblemas más pequeños y por tanto más manejables .
Para comunicarse dos sistemas , ambos tienen el mismo modelo de capas . La capa más alta del sistema emisor se comunica con la capa más alta del sistema receptor , pero esta comunicación se realiza vía capas inferiores de cada sistema .La única comunicación directa entre capas de ambos sistemas es en la capa inferior ( capa física ) .
Los datos parten del emisor y cada capa le adjunta datos de control hasta que llegan a la capa física . En esta capa son pasados a la red y recibidos por la capa física del receptor . Luego irán siendo captados los datos de control de cada capa y pasados a una capa superior . Al final , los datos llegan limpios a la capa superior .
Cada capa tiene la facultad de poder trocear los datos que le llegan en trozos más pequeños para su propio manejo . Luego serán reensamblados en la capa paritaria de la estación de destino .
 Características
      1.  Arquitectura:

• Conocimiento del trafico.
• Trama - división de la información.
• Paquete - todos los datos a ser enviados.
• Segmento - Conjunto de trama.

      2.  Medio de Transmisión:

• Nic - red
• Asociación -router,bridge,gateway.
• Tecnología - red "lan, wan,man".

      3.  Topología:

• Distancia.
• Distribución.
• Enrutamiento

      4.  Capacidad mucha de banda:

• Proceso estocastico.
• Probabilidad de llegada.
• Distribución "binomial- normal ".

 Primitivas de servicio y parámetros
Las capas inferiores suministran a las superiores una serie de funciones o primitivas y una serie de parámetros .La implementación concreta de estas funciones está oculta para la capa superior ., ésta sólo puede utilizar las funciones y los parámetros para comunicarse con la capa inferior( paso de datos y control).
 Fuentes consultadas:
 http://www.eveliux.com/fundatel/menu_telecom.html
 http://www.linti.unlp.edu.ar/trabajos